Afinal, o que as cinco primeiras imagens do Telescópio James Webb nos revelam?

As capturas de tirar o fôlego deste conjunto de imagens, que incluem a visão mais profunda em infravermelho de galáxias antigas, são uma prévia dos trabalhos espetaculares que ainda estão por vir com o observatório espacial mais poderoso da história.

A imagem do Telescópio Espacial James Webb revela centenas de estrelas recém-nascidas antes invisíveis no berço estelar conhecido como Nebula Carina, um vasto aglomerado de gás e poeira a 7.600 anos-luz da Terra. Crédito: Nasa, ESA, CSA and STScI

A próxima grande era da astronomia verdadeiramente começou nesta manhã (nos EUA). Depois de quase três décadas de um desenvolvimento cheio de complicações, US$ 10 bilhões gastos, um lançamento de estremecer o coração no Natal de 2021 e meio ano de roer as unhas durante as suas preparações delicados no espaço profundo, o Telescópio Espacial James Webb entregou o conjunto completo de suas primeiras imagens coloridas. 

O próprio presidente Joe Biden apresentou uma prévia na noite de ontem na Casa Branca, revelando o que está destinado a se tornar a imagem mais icônica do conjunto. 

“Essas imagem farão o mundo lembrar que os Estados Unidos são capazes de grandes conquistas, e farão os americanos — especialmente nossas crianças — lembrarem que não há nada para além de nossa capacidade”, afirmou o presidente durante o evento. “Podemos ver possibilidades que ninguém nunca viu. Podemos ir a lugares onde ninguém nunca foi.”

Construído pela Nasa, assim como pelas agências espaciais canadense e europeia, o Webb recebeu, apesar da controvérsia, o nome de um antigo administrador da Nasa, e é o observatório espacial mais poderoso já criado. Mas, durante algum tempo, ele parecia mais com uma piada sádica nos círculos de astrônomos: as demandas técnicas empurraram o projeto tanto para além do orçamento e para trás de sua agenda que muitos suspeitavam que ele nunca seria lançado. 

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Confira uma prévia das imagens do Telescópio James Webb, capturada por um de seus instrumentos

Agora, ele promete revolucionar nosso entendimento do cosmos em uma missão que pode se estender até a década de 2040. Cada uma das novas imagens do telescópio requereu a capacidade total de pelo menos um dos quatro instrumentos principais do Webb, assim como seu enorme espelho primário segmentado de 6,5 metros, composto de 18 painéis hexagonais do tamanho de uma mesa de café feitos de berílio laminado a ouro. Eles se dobraram na posição correta como um origami para encaixar-se no foguete de lançamento Ariane 5. 

Empoleirado a 1,5 milhão de quilômetros da Terra e protegido por um quebra-sol de diversas camadas do tamanho de uma quadra de tênis, os instrumentos do telescópio permanecem em uma temperatura próxima a do vácuo espacial. Esse “congelamento” os permite ver — ou “sentir” — o brilho infravermelho de galáxias para além de distantes, planetas próximos e tudo que está entre os dois. 

Até antes da divulgação oficial das primeiras imagens de hoje, imagens anteriores produzidas para guiar a complexa instrumentação de espaço profundo do Webb davam pistas de suas capacidades incríveis. Capturas simples de uma estrela, obtidas pelo instrumento mais flexível do telescópio, a Câmera Quase Infravermelha (NIRCam, em inglês), também acabou incluindo mais de mil galáxias de fundo invadindo a imagem. Seu brilho seria simplesmente fraco demais para que apareçam nas lentes de qualquer outro observatório. 

Esses testes preliminares, afirma Marcia Rieke, investigadora principal da NIRCam da Universidade do Arizona, mostraram que “todos os instrumentos do Webb estão atingindo uma sensibilidade melhor do que planejamos” e que a performance do espelho também está excedendo expectativas. Com essas novas imagens, afirma Rieke, “passamos a ver que o retorno científico provavelmente será ainda maior do que ousamos acreditar”.

Uma comparação lado a lado mostra as observações notoriamente detalhadas feitas pelo Webb da Nebula do Anel do Sul em luz quase-infravermelha (esquerda) e infravermelha média (direita). Localizada a mais de 2.000 anos-luz da Terra, a nebula é composta de camadas de gás e poeira expelidas por uma estrela moribunda que, em cada imagem, pode ser vista próxima ao centro da nebula. Crédito: Nasa, ESA, CSA and STScI

Todos os olhos no Webb

Projetado para mostrar a largura e a profundidade da visão cósmica do Webb (ao mesmo tempo que para servir como uma vista arrebatadora), as primeiras imagens realmente não desapontaram. Entre elas estão vistas sem precedentes da Nebulosa Carina — um berço estelar agitado a quase 7.600 anos-luz da Terra, que é iluminado por enormes estrelas brilhantes e com vida curta — como também uma captura da Nebulosa do Anel do Sul, um sol moribundo a mais de 2 mil anos luz de distância expelindo sua camada superficial rica em elementos na forma de camadas de gás brilhante. 

O ciclo de criação e destruição celestial continua em outras imagens a mais de 290 milhões de anos-luz de distância, que capturam o Quinteto de Stephan de galáxias em interação. Elas estão brilhando em um intenso período de formação estelar dentro das ondas de choque intergalácticas conforme o quinteto lentamente se une em apenas uma galáxia gigantesca.

As galáxias em interação do Quinteto de Stephan capturadas pelo Webb a aproximadamente 290 milhões de anos-luz da Terra. Cobrindo um quinto do diâmetro da Lua, esse mosaico foi construído a partir de quase mil imagens separadas, e revela detalhes nunca antes vistos desse grupo de galáxias. Crédito: Nasa, ESA, CSA and STScI

Mas o âmbito completo da audácia científica do Webb é melhor revelado através de duas outras imagens — uma impactante e a outra sutil. 

A sutil é um espectro — essencialmente apenas uma série tortuosa de picos e vales registrando como diversos comprimentos de onda de luz brilham através da camada superior da atmosfera de WASP-96b, um exoplaneta chamuscado com metade da massa de Júpiter que gira ao redor de uma estrela a mais de mil anos-luz de distância uma vez a cada 3,4 dias. Esse espectro quase nem são imagens, mas podem revelar a composição total de um objeto, afirma Knicole Coln, a vice-cientista de projeto para ciência de exoplanetas no Centro de Voos Espaciais Goddard, da Nasa. “Webb fornecerá o primeiro espectro de resolução relativamente alta da atmosfera de exoplanetas, começando um novo capítulo na era de caracterização de exoplanetas”, adiciona ela. 

A imagem feita pelo Webb do aglomerado de galáxias SMACS 0723 revela milhares de galáxias, entre elas as mais distantes e com menor brilho já vistas em infravermelho. Essa imagem cobre um trecho do céu equivalente ao tamanho de um grão de areia sendo segurado com os braços esticados. Crédito: Nasa, ESA, CSA and STScI

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Um total de 70% do primeiro ano de observações do observatório está reservado para observações que envolvem capturar o espectro de algum tipo de alvo, de acordo com Klaus Pontoppidan, o cientista de projeto do Webb no Instituto de Ciência do Telescópio Espacial. 

A maioria dessas medições irá rastrear a evolução química de galáxias ao longo do tempo e dentro de estrelas e discos formadores de planetas espalhados pela Via Láctea. Mas uma parte delas irá, ao invés disso, registrar o espectro de uma série de mundos de tamanho pequeno e temperatura amena distribuídos ao redor de estrelas próximas para detectar a presença de gás carbônico atmosférico, vapor de água, metano e outros compostos associados com habitabilidade e vida. Mesmo que seja improvável, um desses espectros poderia prover a primeira evidência convincente de que não estamos sozinhos no cosmos. 

O espectro do exoplaneta WASP-96b produzido pelo Webb, sobreposto a uma ilustração artística. O espectro revela a presença de vapor de água, assim como nuvens e névoa na atmosfera desse mundo gigante gasoso, que existe em uma órbita de 3,4 dias ao redor de uma estrela a cerca de mil anos-luz da Terra. Crédito: Nasa, ESA, CSA and STScI

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Telescópio Espacial James Webb faz suas primeiras imagens

A mais impressionante das imagens do primeiro conjunto tem pouco a ver com a busca por vida extraterrestre, mas ainda é tão espectacular que ela convenceu a Casa Branca a mudar seus planos de última hora, permitindo que o presidente Biden participe da glória do observatório ao apresentá-la para o mundo um dia antes do que a Nasa havia originalmente planejado.

Capturada pela NIRCam, essa imagem é uma observação de campo profundo da SMACS 0723, uma região tumultuada do cosmos cheia de galáxias, como joias em um veludo escuro. A maioria dessas joias galácticas estão a mais de 4,5 bilhões de anos-luz de distância, mas elas são uma distração de primeiro plano para o tesouro real, que pode ser encontrado nas formas fracas e distorcidas pairando além da escuridão. Toda a imagem lotada de galáxias corresponde a um trecho do céu noturno do tamanho de, aproximadamente, um grão de areia na ponta de um braço estendido. (Veja aqui uma versão de alta resolução, para dar zoom.)

Contemplando a alvorada cósmica

O conjunto total das galáxias aglomeradas da SMACS 0723 é tão grande que distorce o espaço ao seu redor, formando “lentes gravitacionais” semelhantes a um bolha, através da qual a luz mais fraca de galáxias muito mais distantes — talvez alguns dos primeiros objetos luminosos do cosmos — é distorcida e ampliada à vista. Essas imagens fazem do Webb menos um telescópio e mais uma máquina do tempo, porque ele coleta luz de éons atrás, liberada para o espaço apenas alguns momentos (na escala da vida do Universo) depois do Big Bang, durante a chamada “alvorada cósmica”, quando acredita-se terem se formado as primeiras estrelas e galáxias. 

O Telescópio Espacial Hubble e outros instrumentos predecessores já capturaram imagens semelhantes, mas não possuíam a sensibilidade necessária para detectar essas galáxias mais distantes, as quais o Webb consegue ver aos montes. Esses objetos aparecem não apenas com pouco brilho e tamanho reduzido no céu, mas também ficam tão distantes no passado que a subsequente expansão do Universo alongou os comprimentos de onda da luz que emitem, puxando-os para o infravermelho (“redshift”). Eles são a questão elusiva que o Webb foi projetado para responder desde de o surgimento do projeto em um obscuro relatório técnico de 1996, que se referia a ele, após o Hubble, com o simples nome de Telescópio Espacial da Próxima Geração. 

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Telescópio James Webb chega ao seu destino final longe da Terra

Como está o Telescópio Espacial James Webb duas semanas após seu lançamento?

Para saber o quão distante no passado chegaram as observações de campo profundo do SMACS 0723, afirma Rieke, serão necessárias observações adicionais para medir os redshifts para cada galáxia alterada pela lente gravitacional. Mas o que é certo é que essa é a imagem infravermelha mais profunda e mais clara já feita do Universo — um fato que está claro para os que ajudaram a criá-la. 

Fazendo uma referência enigmática a imagem em uma coletiva de imprensa semanas antes da sua divulgação, Thomas Zurbuchen, administrador associado do Diretório de Missões Científicas da NASA, afirmou que ver as primeiras capturas do Webb quase o fez chorar. 

A tarefa de baixar e então distribuir os dados brutos do Webb à equipe de 30 pessoas que preparou suas imagens inaugurais recaiu sobre Pontoppidan, que foi o primeiro a ver a observação de campo profundo do SMACS 0723. Por um breve momento, no escritório de sua casa, ele fitou mais longe nas profundidades luminosas do Universo do que qualquer outro terráqueo. “Provavelmente, eu passei duas horas apenas encarando a imagem”, relembra, “sentado no meu porão, na frente da tela do meu computador e me sentindo muito só neste mundo.” 

A imagem produziu uma sensação semelhante quando o resto da equipe a viu durante um encontro presencial. “Foi comovente”, afirma Pontoppidan. “Todas as pessoas naquela sala ficaram quietas por um bom tempo.”

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Telescópio Espacial James Webb é lançado

Para ver essa imagem — e ficar, mesmo que por um momento, perdido nas profundidades indescritíveis repletas de galáxias — significa apreciar até onde chegamos. O Webb é tão tecnicamente intimidador que, nas palavras de Keith Parrish, gerente do observatório no Centro Goddard, ele “não queria existir”. Ainda assim ele foi bem-sucedido, sobrevivendo a numerosas experiências de quase-morte no seu caminho de décadas até a plataforma de lançamento e então, desafiando as probabilidades, passou por uma série de implantações decisivas para além da Terra. 

Ver sua primeira observação dedicada a um campo profundo revela uma jornada ainda mais épica, tingida com o que pode ser chamado de divino: ao ter um vislumbre dessas galáxias recém-nascidas incandescendo com a luz das primeiras estrelas, vemos nossos ancestrais cósmicos mais antigos emergindo do vácuo, adquirindo forma e esperando tudo o que está por vir — a Via Láctea, o Sol, a Terra e nós — latentes em sua majestade anciã.

Talvez se encaixando com isso, quando mais sabemos sobre as origens do Webb — e quanto mais ele revela sobre a nossa origem — mais milagrosa parece ser a sua e a nossa existência. Para aqueles capazes de captar isso, o grande peso desse conhecimento nos imobiliza dentro de um espaço de contemplação para além das palavras, fazendo o coração estremecer da mesma forma que qualquer sermão ou hino. 

“A astronomia possui uma capacidade inerente de nos fazer pensar maior — para pensar para além de nós mesmos e considerar nosso lugar no Universo”, afirma Amber Straughn, vice-cientista de projeto no Centro Goddard. “Exploração e descobrimento tocam em algo importante dentro de todos nós — são partes cruciais do que nos faz humanos. Esse telescópio mudará como entendemos o Universo de maneiras que nunca antes sonhamos.” 

O que vem por aí para o Webb

O sucesso do observatório, proclama Pontoppidan com capricho, se opõe às avaliações muito comuns e sempre pessimistas de que nosso presente momento na Terra seria a pior linha do tempo em algum multiverso fictício. “O lançamento e comissionamento inicial do Webb pode ser visto, até o momento, como dividido entre dois mundos radicalmente diferentes”, diz ele. “Há um mundo onde colocamos US$ 10 bilhões neste complicado observatório de origami, e ele simplesmente colapsou em um enorme fiasco. E também há o mundo que estamos vivendo, onde ele funcionou! Para onde quer que formos a partir daqui, com o Webb — e com a astronomia em geral —, será a um lugar muito diferente.”

E como quase todos os astrônomos o lembrarão com entusiasmo, a missão transformadora do telescópio apenas começou. “É uma coisa prever seu poder de observação, mas é algo completamente diferente ver o que o Webb pode produzir quase sem se esforçar”, afirma Coln. “Essas primeiras imagens são apenas a ponta do iceberg das capacidade do Webb.”

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O Telescópio Espacial James Webb pode resolver um dos mistérios mais profundos da cosmologia

Confira o desdobramento do Telescópio Espacial James Webb

A imagem mais profunda do Universo produzida pelo Hubble, aponta Pontoppidan, levou 14 dias de observação do mesmo ponto no céu. A imagem recordista de campo profundo do Webb — junto de todas as outras reveladas hoje — emergiram coletivamente de um total de apenas cinco dias de observações. “Sabe, nem estávamos tentando destacar um objeto ou criar a imagem mais profunda para sempre”, afirma ele. “O que quer que tenhamos feito, outros cientistas usando o Webb poderão fazer ainda melhor — e mais rápido.” 

Esse ritmo estonteante, afirma Jane Rigby, cientista de projetos de operação do telescópio no Centro Goddard, faz do Webb “um carro esportivo Bugatti entre um mundo de cavalos e carroças”.

“É como a diferença entre viajar entre três e 300 quilômetros por hora”, diz ela. “E agora estamos indo colocá-lo na pista de corrida. Então, o quão profundo e o quão longe poderemos ir quando soltarmos os freios a afundarmos o acelerados? Eu estou tão animada como qualquer outro em relação a essas cinco imagens, mas meu coração está com as milhares e milhares de horas de projetos científicos revisados por pares e selecionados de forma competitiva que estamos começando a realizar durante o primeiro ano de observações do Webb.”

Lee Billings

Lee Billings é um editor sênior de espaço e física da Scientific American.

Publicado originalmente no site da Scientific American dos EUA em 12/07/2022; aqui em 13/07/2022.

An image of the newborn planet PDS 70b (bright spot right of center) forming in a gap in the protoplanetary disk around its star, which is blacked out by the camera’s coronagraph mask.

ESO/A. Müller et al.

Em primeiro lugar, os astrônomos testemunham o nascimento de um planeta a partir de gás e poeira

By Daniel CleryJul. 2, 2018 , 6:00 AM

Na primeira observação convincente de seu tipo, os astrônomos têm imaginado diretamente um planeta recém-nascido ainda se formando em torno de sua estrela. O planeta, mais quente que qualquer outro em nosso sistema solar, apóia o que os astrônomos há muito acreditam: que esses corpos nascem dos discos de gás e poeira que se aglutinam em volta de estrelas jovens. “Depois de décadas de especulação, é bom ver um. É muito reconfortante ”, diz o astrônomo Kevin Heng, da Universidade de Berna, na Suíça, que não esteve envolvido no trabalho. A descoberta inicial foi liderada pela astrônoma Miriam Keppler, do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA), em Heidelberg, Alemanha. Desde 2015, sua equipe tem pesquisado regularmente centenas de estrelas jovens em busca de sinais de exoplanetas com um instrumento de imagem de última geração chamado SPHERE (para Pesquisas de Exoplâncton de Alto Contraste Espectro-Polarimétrico), anexado ao Very Large Telescope (VLT) do European Southern Observatory. no Cerro Paranal, no Chile. Uma dessas estrelas era o PDS 70, uma estrela anã de 10 milhões de anos a cerca de 370 anos-luz da Terra.

Em 2016, a equipe analisou as observações de 2015 do PDS 70. Após o processamento adicional de dados, eles viram sinais de um ponto de luz brilhante perto da estrela e claramente visíveis em uma lacuna no disco. “Esse é o sonho de todo astrônomo em busca de planetas”, diz o membro da equipe do MPIA André Müller. Dado que tais detecções são frequentemente contro

Em outro artigo publicado hoje na revista Astronomy & Astrophysics, um grupo separado liderado por Müller estimou o tamanho, massa, temperatura e órbita do planeta, conectando todas as informações em vários modelos orbitais e atmosféricos. O grupo prevê que o PDS 70b é várias vezes mais massivo do que Júpiter, com uma atmosfera turva que atinge temperaturas de cerca de 1000 ° C, apesar de orbitar sua estrela aproximadamente à mesma distância que Urano do sol. Seus modelos sugerem ainda que o próprio PDS 70b possui um disco circumplanetário de material que está se acumulando em sua superfície. A capacidade de fazer tais previsões abre "um novo capítulo" na ciência da formação planetária, diz Müller. Outros pesquisadores dizem que tais estimativas são incertas porque requer muita extrapolação para aplicar esses modelos a essas estrelas jovens. "É extremamente complicado, especialmente quando o planeta é tão jovem", diz Heng.

“It’s a very interesting and pretty convincing result—a solid detection.”

Bruce Macintosh, Stanford University

In another paper published today in Astronomy & Astrophysics, a separate group led by Müller estimated the size, mass, temperature, and orbit of the planet by plugging all the information into various orbital and atmospheric models. The group predicts that PDS 70b is several times more massive than Jupiter, with a cloudy atmosphere that hits temperatures of around 1000°C, despite orbiting its star at roughly the same distance as Uranus from the sun. Their models further suggest that PDS 70b itself has a circumplanetary disk of material that is accreting to its surface. The ability to make such predictions opens “a new chapter” in the science of planet formation, Müller says.

Other researchers say such estimates are uncertain because it requires a lot of extrapolation to apply these models to such youthful stars. “It’s extremely tricky, especially when the planet is so young,” Heng says.

But he and Macintosh agree that the detection of PDS 70b holds promise for unraveling the mysteries of how planets form and evolve. “It’s a good sign that planets at these ages are still bright [and so detectable] and can pull the disk apart to become visible,” Macintosh says.

Keppler says the team will continue to observe the planet with SPHERE and with other instruments, hoping to detect it moving around its 120-year orbit. They’ve also applied for time on the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, a collection of radio dishes in Chile. With that telescope’s ability to detect dust, they hope to get a glimpse of that circumplanetary disk.

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doi:10.1126/science.aau6469

 

 

 

 GEOLOGIA DE PLUTÃO

Plutão tem montanhas de 3.300 metros de altura, segundo revelam as primeiras imagens de alta resolução feitas pela sondaNew Horizons, da Nasa, que passou raspando pelo planeta anão na última terça-feira.

Primeira imagem detalhada de Plutão, mostrando uma pequena região próxima ao Pólo Sul. [Imagem: NASA/JHU APL/SwRI]

As fotos também mostram sinais de atividade geológica em Plutão e em sua lua Caronte.
Durante a apresentação das primeiras imagens, o cientista John Spencer disse que a área fotografada mostra sinais de transformação por um processo geológico - como o vulcanismo - nos últimos 100 milhões de anos, o que é muito recente.
"Não encontramos nenhuma imagem de cratera de impacto. Isto significa que deve ser uma superfície muito jovem", disse Spencer.
Essa geologia ativa precisa de uma fonte de calor. Isto só havia sido visto antes em luas geladas, onde a atividade geológica pode ser explicada pelo aquecimento de marés causada por interações gravitacionais com o planeta principal.
"Você não precisa de aquecimento de marés para dar força a aquecimentos geológicos em corpos de gelo. Essa é uma descoberta importante que fizemos nesta manhã," disse Spencer.
John Spencer disse que o metano e o nitrogênio gelados que revestem a superfície de Plutão não seriam fortes o suficiente para formar montanhas, então elas seriam provavelmente formadas pela base de rochas, água e gelo de Plutão.
"Água congelada nas temperaturas de Plutão é forte o suficiente para sustentar grandes montanhas", disse, embora os dados recebidos até agora não tenham confirmado a existência de água no pequeno planeta.
Os pesquisadores também batizaram o coração de Plutão com o nome Tombaugh Regio, em homenagem ao astrônomo Clyde Tombaugh, que descobriu Plutão em 1930.

A região avermelhada, próxima ao Pólo Norte da lua Caronte, foi batizada de Mordor. O gigantesco penhasco pode ser visto na posição de 2 horas. [Imagem: NASA/JHU APL/SwRI]

Lua viva

Novidades surpreendentes também foram detectadas na lua Caronte, como um abismo de até 9,6 quilômetros de profundidade, além de indícios de renovação da superfície.
"Originalmente eu pensei que Caronte teria um terreno antigo coberto de crateras. Indo de nordeste para sudoeste há uma série de vales e penhascos. Eles se estendem por 960 quilômetros pela lua", disse a pesquisadora Cathy Olkin.

Uma região escura no polo da lua, com forte tom avermelhado, foi batizada informalmente de Mordor, em referência aos livros da série Senhor dos Anéis, de J.R.R Tolkien.

A primeira foto de boa resolução de Hydra, a pequena lua de Plutão, revela um corpo alongado com uma superfície predominantemente feita de água congelada. Os cientistas estimam que ela meça 43 quilômetros de comprimento por 33 quilômetros na parte mais estreita.

A sonda New Horizons continuará a olhar para Plutão, agora já deixado para trás, durante outras duas rotações completas - que correspondem a 12 dias na Terra.

O envio para a Terra de todos os dados coletados deverá levar meses devido à baixa velocidade do link de comunicações da sonda.

Inovação Tecnológica - 16/07/2015 - com informações da BBC

Telescópios investigam relação entre ciclo do Sol e clima

17/07/2014

Por Diego Freire
Agência FAPESP – Pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e da Universidade Federal Fluminense (UFF) construíram dois telescópios que vão funcionar de forma sincronizada na detecção contínua de partículas derivadas da radiação do Sol para investigar possíveis relações entre os ciclos solares e as variações climáticas da Terra.

O trabalho é resultado da pesquisa “Detecção e estudo de eventos solares transientes e variação climática”, realizada no âmbito de um acordo de cooperação entre a FAPESP e a Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (Faperj) que tem como objetivo apoiar projetos cooperativos e intercâmbio de pesquisadores e estudantes em áreas ligadas às mudanças climáticas globais.
De acordo com o coordenador da pesquisa na Unicamp, Anderson Campos Fauth, professor associado do Instituto de Física Gleb Wataghin, já se sabe que os ciclos solares e suas flutuações apresentam alguma relação com a intensidade com que os raios cósmicos atingem a Terra, apesar de não serem considerados uma das principais causas das mudanças climáticas globais.

Equipamentos serão sincronizados para monitorar a atividade solar de forma ininterrupta e registrar informações que podem ser associadas à variação climática (foto:divulgação)

“Não existe um consenso sobre o mecanismo que relaciona a atividade solar e as mudanças climáticas. Há uma hipótese de que o aumento do fluxo de raios cósmicos pode estar associado ao surgimento de nuvens baixas, que globalmente exercem um efeito de resfriamento e, nas regiões polares, onde a incidência da radiação solar é baixa, têm impacto contrário, provocando aquecimento”, disse.
Fauth explica que cientistas têm observado que certos fenômenos climáticos – oceanos mais quentes, maior quantidade de chuvas tropicais, menos nuvens subtropicais, circulação mais intensa de ventos – parecem estar em parte associados ao ciclo de atividade solar, que dura em média 11 anos.
“Entretanto, esses estudos estão em fase inicial e é necessário fazer novas observações das radiações emitidas pelo Sol, principalmente quando surgem atividades como as explosões solares, e monitorar suas variações sazonais”, ponderou.

Diante disso, o trabalho da Unicamp e da UFF com os telescópios foca em um dos sinais do ciclo solar: a presença e o comportamento das partículas múons na atmosfera terrestre.
O múon é a mais abundante partícula com carga elétrica presente na superfície da Terra, representando cerca de 80% dos raios cósmicos com carga elétrica em altitudes próximas ao nível do mar. A cada segundo surgem, aproximadamente, 140 múons por metro quadrado.
O fato de a partícula quase sempre possuir trajetória retilínea facilita sua detecção com um arranjo de poucos detectores. “Essas partículas permitem estudar os eventos solares em uma região de energia que os satélites e os monitores de nêutrons posicionados na superfície terrestre não observam”, explicou Fauth.
O ano de 2014 é propício à detecção de múons pelos telescópios da Unicamp e da UFF. Ao longo deste período, o ciclo atual do Sol atinge sua máxima atividade: o número de manchas solares observadas aumenta consideravelmente e os flares – explosões que ocorrem na superfície do Sol – irrompem com grande intensidade, libertando milhões de toneladas de gás magnetizado.
Além disso, Campinas e Niterói, onde os telescópios estão instalados, têm localização privilegiada para a detecção de partículas derivadas da radiação solar, pois estão próximas à região central da Anomalia Magnética do Atlântico Sul (SAA, da sigla em inglês), onde a resistência magnética para entrada de partículas carregadas vindas do espaço é muito baixa.
A maioria dos detectores de partículas solares energéticas está instalada próximo às regiões dos polos porque, nas outras regiões, o campo magnético da Terra desvia as partículas carregadas. Mas na região da SAA há uma intensidade magnética muito inferior, uma espécie de buraco na magnetosfera que se comporta como um funil.

Muonca

O telescópio construído na Unicamp, que recebeu o nome Muonca, iniciou em abril a tomada de dados contínua, utilizando quatro detectores de partículas. Os detectores da UFF entraram em funcionamento em junho, no modo monitor – quando se realiza a contagem dos múons, sem determinar ainda sua direção de chegada.

O Muonca utiliza quatro detectores de partículas idênticos. A partícula múon, ao atravessar o cintilador do detector, produz uma luz que permite o registro de sua passagem. Um computador é utilizado no sistema de aquisição de dados, e as informações brutas são registradas em arquivos diários.
O telescópio da Unicamp foi construído em dois anos, incluindo o tempo para os processos de importação, realização dos projetos, desenhos técnicos das peças, execução por técnicos da universidade e de empresas privadas, montagem por membros do grupo de pesquisa, desenvolvimento do software de aquisição de dados e calibração dos detectores, além da programação dos códigos de análise dos dados.
O experimento opera continuamente, 24 horas por dia, e os pesquisadores desenvolvem agora um sistema que alerte por e-mail e SMS quando ocorrer algum problema ou possível evento solar na aquisição dos dados.

Recentemente, os detectores instalados em Campinas e Niterói registraram simultaneamente uma tempestade geomagnética. De acordo com Fauth, os dados estão sendo avaliados para publicação e os primeiros resultados conjuntos dos dois telescópios serão apresentados em setembro no 34º Encontro Nacional de Física de Partículas e Campos, organizado pela Sociedade Brasileira de Física em Caxambu (MG).

Afinal, buracos negros existem?

Na CH deste mês, o físico George Matsas afirma que, até o final desta década, a nova geração de detectores produzirá provas concretas da existência dessas regiões do universo das quais nem a luz escapa. 

 

Por: George Matsas

Publicado em 27/05/2014 | Atualizado em 27/05/2014

Cálculos computacionais cada vez mais precisos, simulando a colisão de estrelas de nêutrons e o colapso de estrelas muito massivas, dão fortes evidências de que deve haver muitos buracos negros no universo. (ilustração: Nasa/ CXC/ M. Weiss) 

 

Buracos negros são regiões de onde nem mesmo a luz consegue escapar devido ao intenso campo gravitacional, certo? Certo. Mas, até que ponto temos certeza de que eles existem?

Antes de mais nada, os buracos negros são uma previsão direta da relatividade geral, teoria da gravitação muito mais precisa que aquela universal, idealizada pelo físico britânico Isaac Newton (1643-1727).

Sem a relatividade geral, o sistema de localização global (GPS), por exemplo, não funcionaria. Além disso, cálculos computacionais cada vez mais precisos, simulando a colisão de estrelas de nêutrons, bem como o colapso de estrelas muito massivas, dão fortes evidências de que deve haver muitos buracos negros no universo.

Os buracos negros são uma previsão direta da relatividade geral.

 

Mas há evidências observacionais, além de teóricas? Avançamos muito desde 50 anos atrás, quando se dizia que a melhor prova da existência dos buracos negros era a de que eles nunca haviam sido observados – afinal, são negros. Uma busca na internet pelos verbetes ‘buraco negro’ e ‘sagittarius A’ nos conduz a vídeos que exibem estrelas no centro de nossa galáxia, orbitando um ‘ponto’ com quase 4 milhões de massas solares. Não há estrelas estáveis com essa massa.

Portanto, de longe, a melhor explicação para essa observação é que, no centro de nossa galáxia, há um buraco negro gigante. Trata-se de uma evidência indireta, mas convincente. Acredita-se, hoje, que, tipicamente, toda galáxia deve ter um buraco negro gigante em seu centro.


Ainda assim, os mais céticos não ficarão satisfeitos até que tenhamos evidências diretas, como a observação ‘inconteste’ de energia desaparecendo de nossa linha de visada. Afinal, isso é o que caracterizaria buracos negros: a existência de uma fronteira de não retorno – denominada horizonte de eventos –, de onde nada escapa.

Quando a rede EHT tiver precisão suficiente para ‘enxergar’ estruturas extremamente diminutas (microssegundos de arco), ‘veremos’, então, o buraco negro como uma mancha escura no centro da galáxia

Com um pouco de sorte, isso será possível em uns cinco anos, quando a rede global de radiotelescópios EHT (sigla, em inglês, para Telescópios de Horizonte de Eventos) estiver em pleno funcionamento. A ideia será combinar vários radiotelescópios espalhados pelo planeta, fazendo com que funcionem como um único, de tamanho igual ao da superfície da Terra. Então, quando essa rede tiver precisão suficiente para ‘enxergar’ estruturas extremamente diminutas (microssegundos de arco), ‘veremos’, então, o buraco negro como uma mancha escura no centro da galáxia.

Há também outra estratégia completamente diferente: detectar as ondas gravitacionais emitidas quando um buraco negro é perturbado – por exemplo, pela captura de uma estrela. Ondas gravitacionais são perturbações do próprio espaço-tempo que se propagam à velocidade da luz (300 mil km/s). Quando emitidas por buracos negros, essas ondas são como a impressão digital desses corpos cósmicos, porque têm propriedades muito características.

A detecção de ondas gravitacionais emitidas por buracos negros deve acontecer até o final desta década, quando a nova geração de detectores norte-americanos e europeus, Ligo e Virgo, estiver em funcionamento.
Mesmo depois de tudo isso, é bem possível que ainda haja pessoas especulando que aquilo que denominamos buracos negros talvez sejam apenas regiões de gravidade muito intensa, com um horizonte aparente – que não delimita nenhuma região de não retorno – no lugar do horizonte de eventos. Mas, nesse caso, o ônus da prova ficará com aqueles que, contra todas as evidências, advogarem a inexistência desses corpos.

Buracos negros estão por aí, pode apostar.

George Matsas 
Instituto de Física Teórica
Universidade Estadual Paulista

Texto originalmente publicado na CH 314 (maio de 2014). Clique aqui para acessar uma versão resumida da revista.

Um presente para Einstein

Em sua coluna de março, o físico Adilson de Oliveira destaca um feito importante: a obtenção recente de evidências de ondas gravitacionais produzidas pelo Big Bang. A descoberta reforça a teoria da inflação cósmica e permite supor que esse evento associado à criação do universo de fato aconteceu. 

 

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 28/03/2014 | Atualizado em 28/03/2014

Einstein é saudado na primeira visita aos EUA, em 1921. Na semana passada, perto do seu aniversário, um presente que o teria feito sorrir: a descoberta de evidências de ondas gravitacionais geradas pelo Big Bang. (foto: Life magazine/ Wikimedia Commons)

No último dia 14 de março, comemoramos o 135º aniversário de Albert Einstein (1879-1955), um dos maiores cientistas de todos os tempos. Eleito pela revista Times como o homem do século 20, suas contribuições para a ciência revolucionaram nossa visão sobre a natureza da luz, do tempo, do espaço, da gravidade, da matéria e da energia, entre outras contribuições fundamentais.

Um grupo de pesquisadores obteve pela primeira vez evidências de ondas gravitacionais produzidas pelo evento do Big Bang, que seria responsável pela criação do nosso universo

Falar sobre as teorias de Einstein pode até ser um assunto recorrente; diversas vezes as abordamos nesta coluna. Contudo, no dia 17 de março passado, talvez por um capricho do destino ou algo talvez pensado, Einstein ganhou um presente especial. Um grupo de pesquisadores do radiotelescópio BICEP2, situado no polo Sul, obteve pela primeira vez evidências de ondas gravitacionais produzidas pelo evento do Big Bang, que seria responsável pela criação do nosso universo.

Essas ondas gravitacionais estariam associadas à rápida expansão do universo em seus instantes iniciais.
As ondas gravitacionais são ondulações no espaço e tempo previstas pela Teoria da Relatividade Geral (TRG). Nessa teoria, de 1915, Einstein propôs uma nova teoria da gravitação, de modo a generalizar a chamada Teoria da Relatividade Especial (TRE), proposta por ele mesmo em 1905.
A TRE baseia-se em dois princípios fundamentais: i) as leis físicas são as mesmas em todos os referenciais iniciais, isto é, referenciais que estão em repouso ou em movimento uniforme (sem aceleração) entre si; ii) a luz se propaga no espaço vazio com uma velocidade definida, que independe da condição de movimento do corpo emissor. Tais princípios levaram a mudanças radicais na forma de se entender a natureza do espaço e do tempo.

O telescópio BICEP2, situado no polo Sul, permitiu que os cientistas tivessem evidências do Big Bang, ao detectar ondas gravitacionais dispersas no espaço desde que o universo começou a se expandir. (foto: Steffen Richter/ Harvard University)

Na mecânica clássica, tanto o espaço como o tempo são absolutos, mas na TRE eles se tornaram relativos, uma vez que há uma velocidade absoluta e limite para todos os fenômenos. Na concepção aceita na época, o espaço e o tempo são como o palco de um espetáculo, que não se altera com a dinâmica da estória.
Para Einstein, eles se transformaram em protagonistas importantes, que se modificam de acordo com a situação. Dessa forma, tanto o tempo como o espaço são relativos ao observador. Quanto mais próximo da velocidade da luz ele se move, mais devagar o tempo passa, e o comprimento do objeto se comprime na direção do movimento (mais detalhes na coluna ‘Cada vez mais rápido, sem espaço e tempo’).

Aceleração e gravidade

Mas, como o próprio Einstein percebeu, essa teoria só poderia ser aplicada a referenciais inerciais e não a referenciais em movimento acelerado. Mas o que aceleração tem a ver com gravidade?
Quando viajamos de pé em um ônibus e este faz uma curva fechada para a direita, sentimos uma ‘força’ que nos impulsiona para a esquerda, a força centrífuga. Contudo, uma pessoa que estivesse na calçada descreveria a situação de modo diferente. Para ela, o ônibus mudou sua trajetória e você continuou a se movimentar em linha reta, como prevê a lei da inércia. Para esse observador, nenhuma força atua sobre você; apenas a ação da tendência de todos os corpos manterem seu estado de movimento. Quem está correto?

Segundo a TRG, ambas as descrições estão corretas (para mais detalhes, veja a coluna ‘O enigma do movimento’). De fato, para a pessoa que está no ônibus, qual é a natureza da força que age sobre ela? Uma força que atua diretamente na matéria, ou seja, como se fosse uma força gravitacional. A partir disso, Einstein começou a relacionar a origem da inércia com a própria natureza da gravidade.
Ao formular a TRG, Einstein propôs que o campo gravitacional é criado a partir da ‘curvatura do espaço e do tempo’ provocada pela presença da massa e da energia. Para compreender isso, imaginemos que o espaço fosse algo parecido com uma tolha esticada, apoiada pelas pontas. Se não há nada sobre a toalha, ela permanecerá esticada e plana.

A Teoria da Relatividade Geral prevê que os movimentos orbitais perdem energia por meio de ondas gravitacionais. Mas como a gravidade é a mais fraca das forças fundamentais, o efeito é imperceptível

Mas, se colocarmos um objeto sobre ela, como uma bola de boliche (que fará o papel de uma estrela), ela afundará e curvará a toalha. Agora, se lançarmos uma bola de gude com determinada velocidade e direção, ela descreverá sobre a toalha uma trajetória quase circular ao redor da depressão provocada pela bola de boliche, de modo similar ao que um planeta realiza ao redor de uma estrela. Após algum tempo, a bola de gude começa a perder velocidade, devido ao atrito com a toalha, e cairá na direção do centro. No caso dos planetas, como eles viajam no espaço vazio, não há atrito e, portanto, não perdem velocidade.
Contudo, a TRG prevê que os movimentos orbitais perdem energia por meio de ondas gravitacionais. Mas como a gravidade é a mais fraca das forças fundamentais (quando comparada com a força elétrica, é um fator 10⁴⁰ vezes mais fraca), o efeito é imperceptível. Observou-se, no entanto, em duplas de pulsares (estrelas de nêutrons de massa elevada), um decaimento orbital que estaria associado a essa missão de ondas gravitacionais. Por essa descoberta, os americanos Russell A. Hulse e Joseph H. Taylor, Jr. ganharam o Nobel de Física em 1993.

Universo inflacionário

A descoberta feita pelo grupo de pesquisadores do radiotelescópio BICEP2 vai além da observação dos efeitos das ondas gravitacionais. De fato eles observaram que a radiação de fundo cósmico, uma espécie de ‘cinzas’ do Big Bang (radiação remanescente quando o universo tinha por volta de 380 mil anos), demonstra que, após esse evento, o universo apresentou enorme expansão, como previsto pelo físico americano Allan Guth.
O modelo conhecido como ‘universo inflacionário’, proposto por esse pesquisador, supõe que o universo teve uma expansão extraordinária em um intervalo de tempo de um trilionésimo de segundo. Nessa ínfima fração de tempo, ele cresceu do tamanho de uma partícula subatômica para o tamanho de algumas dezenas de centímetros.

Esquema artístico (realçado com imagens do satélite WMAP) da expansão do universo, em que o espaço é representado em seções circulares. (imagem: NASA/ WMAP Science Team)

Para detectar o fenômeno, observou-se que a radiação de fundo cósmico apresentava flutuações conforme os efeitos que se esperava que as ondas gravitacionais produzissem. De fato, essa radiação está presente em todos os lugares. Por exemplo, quando tentamos sintonizar um aparelho de televisão em um canal sem sinal, alguns chuviscos que aparecem na tela decorrem dessa radiação, cujo comprimento é da ordem de micro-ondas.

A inflação cósmica é uma peça importante para se entender por que o universo se estabeleceu da maneira que observamos. O resultado do experimento do BICEP2 necessita ser confirmado por outros experimentos, como os desenvolvidos pelo satélite Planck, especialmente lançado ao espaço para detectar essas flutuações esperadas na radiação de fundo cósmico. Os resultados atuais são promissores, mas, como toda descoberta científica importante, requerem confirmação.

A inflação cósmica é uma peça importante para se entender por que o universo se estabeleceu da maneira que observamos

 

A importância da descoberta recém-apresentada é que, além de se ter conseguido detectar pela primeira vez a inflação cósmica, tem-se também a mais forte evidência de que o Big Bang, evento contestado por outras teorias, teria de fato acontecido. A ocorrência da inflação cósmica, um evento em escala muito pequena, que está no reino da física quântica, mostra que há interações quânticas na força gravitacional.
Se Einstein estivesse vivo, acho que ele daria um leve sorriso, sabendo que mais uma vez sua maior criação, a Teoria da Relatividade Geral, continua sendo um sólido pilar da física atual e ajuda a entender uma das maiores perguntas da humanidade: afinal, como foi que tudo começou?

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

Vestígios do Big Bang

Pesquisadores anunciam ter detectado pela primeira vez sinais do início da expansão do universo. Se confirmada, a descoberta prova a teoria cosmológica mais famosa e aceita no mundo. 

 

Por: Sofia Moutinho

Publicado em 17/03/2014 | Atualizado em 17/03/2014

Com o telescópio BICEP2, no polo Sul, cientistas obtiveram a primeira evidência concreta do Big Bang, ao detectar sinais de ondas gravitacionais que viajam no espaço desde que o universo começou a se expandir. (foto: Steffen Richter/ Harvard University) 

 

Um evento tão magnífico como o Big Bang, que teria dado origem à expansão do nosso universo, não poderia ter passado sem deixar vestígios. Há meio século, pesquisadores do mundo todo buscam, sem sucesso, provas de que esse fenômeno de 13,8 bilhões de anos realmente existiu. Hoje (17/03) um grupo internacional anunciou o que muitos queriam ouvir: conseguiram detectar o rastro de luz invisível deixado no espaço logo após o início de tudo.

O responsável pela façanha foi o radiotelescópio BICEP2, no polo Sul. A máquina buscava no céu sinais das ondas gravitacionais que teriam sido geradas no Big Bang durante o período de inflação do cosmos. Segundo os teóricos, nesse momento o universo se expandiu rapidamente, deixando de ter o tamanho de uma partícula subatômica para ter o tamanho de uma bola de futebol em trilionésimos de segundo.
De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, essa rápida expansão deveria ter deixado para trás as tais ondas gravitacionais. Para entender, pode-se aludir àquela clássica imagem de uma pedrinha jogada na superfície de um lago. A pedra deforma a água ao seu redor e produz ondas, assim como a massa deforma o espaço e produz ondas gravitacionais que viajam pelo cosmos.

Segundo a teoria geral da relatividade, o Big Bang e a expansão do universo teriam gerado ondas gravitacionais que viajam pelo espaço até hoje. (imagem: Universidade de Ontario)

Os cientistas vêm tentando detectar de forma indireta essas ondas do início do universo que estariam se propagando até hoje. Diversos experimentos, inclusive o BICEP2, têm buscado a marca que as ondas deixam na radiação cósmica de fundo, formada por partículas de luz (fótons) liberadas 380 mil anos após o Big Bang e que ainda estão pelo espaço na forma de um ‘calorzinho’ tênue.

Diversos experimentos têm buscado a marca que as ondas deixam na radiação cósmica de fundo, formada por partículas de luz liberadas 380 mil anos após o Big Bang e que ainda estão pelo espaço

“Olhar para a radiação cósmica de fundo é como olhar para uma fotografia do início do nosso universo”, explica o astrofísico Odylio Aguiar, coordenador do detector de ondas gravitacionais Mario Schenberg, da Universidade de São Paulo (USP). “Naquela época, os fótons ficaram livres para percorrer o espaço, mas ainda estavam de certa forma ligados à matéria, que, naquele momento, era distribuída pelas ondas gravitacionais. São os fótons que mostram a distribuição da matéria e revelam as ondas que se formaram em seu início.”

Ninguém havia tido sucesso nessa procura até que o BICEP2 identificou, em uma região da radiação cósmica, uma variação no comportamento da luz condizente com a presença de ondas gravitacionais. A alteração foi também observada por outro telescópio do polo Sul, o Kerck Array, o que deixa os cientistas ainda mais confiantes.
“Nossa descoberta vai abrir uma nova janela para a física, a física do que aconteceu nos primeiros instantes do universo”, disse em coletiva de imprensa o líder da pesquisa, John Kovac, físico do Centro de Astrofísica de Harvard-Smithsonian (EUA).

Digno de Nobel

Se for confirmado, o achado prova de vez a existência do Big Bang e do período de inflação do universo e pode até render um prêmio Nobel ao líder da equipe ou ao teórico norte-americano que em 1980 propôs a inflação, Alan Guth, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).
Mas antes os resultados obtidos pelo BICEP2 ainda precisam ser repetidos por outros grupos, como o do telescópio espacial europeu Planck, responsável pelo mais detalhado mapa da radiação cósmica de fundo já feito até hoje, concluído no ano passado.

O sinal detectado pelo telescópio BICEP2 agora precisa ser confirmado por outros telescópios, como o Planck, que gerou o mais completo mapa da radiação cósmica de fundo, uma espécie de ‘fóssil’ do calor e da luz nos primeiros momentos do universo. (imagem: Planck/ ESA)

“Se o Planck confirmar o sinal detectado pelo BICEP2, será realmente uma descoberta sem precedentes, mas os rumores na comunidade científica são de que os dados não batem”, conta Aguiar, que recebeu a notícia enquanto participava de uma conferência sobre o assunto na França promovida por outros dois experimentos que estão nessa busca, Virgo e Ligo – que procuram recriar as condições do Big Bang por meio de grandes equipamentos e raios lasers.

Existe a possibilidade de que o sinal detectado pelo BICEP2 seja resultado da interferência de poeira galáctica e que tenha sido mal interpretado. Mas os integrantes da pesquisa estão seguros do contrário, principalmente porque o sinal se mostrou duas vezes mais forte do que o previsto em modelos teóricos.
“Ainda temos que ajustar alguns detalhes, mas pelo que temos em mãos é altamente provável que tenhamos descoberto as ondas gravitacionais”, diz Clem Pryke, da Universidade de Minnesota (EUA).“Estávamos preparados para procurar uma agulha no palheiro e acabamos encontrando um pé-de-cabra.”

O formato dos planetas

Leitor da CH pergunta: “O que faz com que os planetas tenham forma esférica?” 

O físico Adilson de Oliveira, da Universidade Federal de São Carlos, responde. 

 

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 19/07/2012 | Atualizado em 19/07/2012

Não apenas os planetas do sistema solar têm forma esférica, mas também os satélites naturais (como a nossa Lua), as estrelas e os planetas extrassolares. (foto: ESO – CC BY 3.0) 

 

A forma dos planetas é determinada pela força gravitacional que age sobre as nebulosas – nuvens de gás e poeira constituídas de hidrogênio, hélio e muitos outros elementos químicos que temos na Terra.

Tanto os planetas quanto as estrelas se formam a partir da condensação dessas nuvens, que apresentam uma rotação inicial graças à ação da força gravitacional. Antes de formar um planeta, elas começam a se condensar, o que leva a um aumento de sua velocidade de rotação devido à conservação do momento angular. Em outras palavras, a nuvem se comporta de maneira similar a uma bailarina que aumenta a velocidade de seu giro quando dobra os braços. Esse movimento rotacional forma um disco de gases e poeira (de gases condensados), com maior condensação de material no centro.

O processo de aglomeração de matéria dentro das nebulosas determina a atração de partículas vindas de todas as direções, o que tende a formar massas esféricas.

 

Nessa área central, mais densa, se formam estrelas, como o Sol do nosso sistema planetário. Em outras regiões da nebulosa, a condensação de matéria dá origem a planetas. Nesse caso, a aglomeração de partículas gera, em diferentes partes do disco, objetos maiores que atraem cada vez mais poeira e outras massas. Alguns desses objetos podem se atrair e se chocar, mas outros, quando atingem grandes dimensões, podem permanecer em órbitas estáveis, formando massas planetárias.

A força da gravidade, além de depender da massa dos corpos envolvidos, depende do inverso do quadrado da distância entre eles, ou seja, quanto mais próximos dois objetos estão, maior a intensidade dessa força. O processo de aglomeração de matéria dentro das nebulosas determina a atração de partículas vindas de todas as direções, o que tende a formar massas esféricas.

Observamos essa forma não apenas nos planetas do sistema solar, mas também nos satélites naturais (como a nossa Lua), nas estrelas e nos planetas extrassolares. Mas vale destacar que, de fato, a Terra e os outros planetas do nosso sistema solar não são perfeitamente esféricos, por causa de sua rotação ou da ação de forças gravitacionais diferenciais, como é o caso das marés. A rotação tende a achatar os planetas nos polos. Há ainda corpos menores no sistema solar, como as luas Fobos e Deimos de Marte, que não apresentam forma esférica. De pequeno tamanho (26 km e 23 km de diâmetro equatorial, respectivamente), essas luas têm formas mais alongadas.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

Bóson de Higgs pode ter sido encontrado

05/07/2012

Por Elton Alisson
Agência FAPESP – Um dos maiores desafios da ciência pode estar chegando ao fim. Cientistas que participam dos experimentos no Grande Colisor de Hádrons (LHC) anunciaram nesta quarta-feira (04/07) ter encontrado fortes indicações da existência de uma nova partícula subatômica, que pode ser o bóson de Higgs.

Cientistas que integram experimentos no LHC anunciam ter encontrado fortes indicações da existência de uma nova partícula subatômica que pode ser o bóson de Higgs, procurado há quase meio século (Cern)

Procurado há quase meio século pelos físicos, o bóson de Higgs é uma chave fundamental para entender por que partículas elementares têm massa e poderá levar até mesmo a uma nova compreensão da origem do Universo e da vida. O bóson é até o momento uma partícula hipotética postulada em 1964 pelo físico britânico Peter Higgs.
A descoberta do bóson seria a completa validação do Modelo Padrão da física de partículas, teoria que descreve as forças fundamentais forte, fraca e eletromagnética, bem como as partículas fundamentais que constituem toda a matéria.

O anúncio foi feito por cientistas que participam das colaborações Atlas (A Toroidal LHC Apparatus) e CMS (Compact Muon Solenoid), conduzidas no LHC da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (Cern), na Suíça. Os dois experimentos contam com a participação de pesquisadores do Brasil.
“Acho que encontramos”, disse Rolf Heuer, diretor-geral do Cern, que chamou a descoberta de “marco histórico”. Tanto físicos de partículas do Atlas como do CMS encontraram indicações da presença de uma nova partícula com massa em torno de 125 ou 126 bilhões de elétrons-volt (GeV). O próprio Higgs, aos 83 anos, estava no Cern durante o anúncio.
“Observamos sinais claros de uma nova partícula, ao nível de 5 Sigma (probabilidade do resultado da medida ser verdadeira), na região de massa em torno de 126 GeV. Um pouco mais de tempo será necessário para finalizarmos estes resultados e ainda mais dados e estudos serão necessários para determinar as propriedades da nova partícula”, disse Fabiola Gianotti, porta-voz do experimento Atlas. Para o CMS, a partícula identificada tem massa de cerca de 125 GeV.
Na física das partículas, 5 Sigma indica 99,9% de probabilidade de o resultado da medida estar correto e de que há uma chance em 1,75 milhão de se tratar de um desvio estatístico.

As indicações da nova partícula foram identificadas a partir da análise de trilhões de colisões entre partículas realizadas no LHC em 2011 e 2012. O Modelo Padrão da física de partículas estipula que o bóson de Higgs decairia em diferentes partículas, justamente o que o LHC acaba de detectar.
O anúncio da descoberta também foi feito na Conferência Internacional de Física de Altas Energias (ICHEP 2012), em Melbourne, Austrália, onde análises detalhadas serão apresentadas no decorrer desta semana. No Cern, cientistas das experiências Atlas e CMS apresentaram resultados preliminares aos cientistas presentes e, por transmissão de vídeo pela internet, a seus colegas localizados em centenas de instituições no mundo todo.

Pesquisadores brasileiros integram os dois experimentos e, no momento do anúncio, quatro deles estavam na conferência em Melbourne, onde apresentarão trabalhos. Os cientistas fazem parte do Centro de Pesquisa e Análise de São Paulo (Sprace), grupo de pesquisa da Universidade Estadual Paulista (Unesp).
Por meio do Sprace, os pesquisadores brasileiros operam uma rede de processamento de dados e participam da análise de dados produzidos pelo CMS.
Integram o grupo do Sprace na conferência na Austrália Sandra Padula, Thiago Tomei, Flávia Dias e Ângelo Santos, além de Sérgio Novaes, coordenador do Sprace e professor do Instituto de Física Teórica (IFT) da Unesp. Os trabalhos do grupo que serão apresentados esta semana exploram as consequências da possível existência de dimensões extras no Universo e relatam resultados recentes obtidos em colisões de íons pesados.
De acordo com Novaes, a comprovação da descoberta do bóson de Higgs ainda levará algum tempo. “Apesar de os eventos sugerirem que estejamos diante do bóson de Higgs, a confirmação de que se trata realmente da partícula predita pelo Modelo Padrão requer mais medidas comparativas”, disse.
“As intensidades do acoplamento do Higgs com as diferentes partículas (como os fótons) são previstas pelos modelos matemáticos e esse seria o teste definitivo. No entanto, isso ainda poderá levar um certo tempo já que requer que mais dados sejam coletados”, disse.
O Sprace teve participação ativa no experimento DZero do Fermilab, nos Estados Unidos, que operou até setembro de 2011, e vem desenvolvendo pesquisas junto à Colaboração CMS do Cern, com a qual já publicou mais de 130 trabalhos científicos.
O cluster do Sprace faz parte do Worldwide Computing Grid do LHC (WLCG) e, por meio de recursos concedidos pela FAPESP, acaba de agregar mais 64 nós de processamento e aumentar sua capacidade de armazenamento para 1 Petabyte.
“O apoio da FAPESP, por meio do nosso Projeto Temático, tem sido decisivo para nossas atividades de análise de dados do LHC”, disse Novaes. No Brasil, pesquisadores e jornalistas acompanharam o evento em tempo real no laboratório computacional do Sprace, no IFT.

Cautela e confirmação

O bóson de Higgs é uma partícula instável, que sobrevive por uma pequena fração de segundo antes de decair em outras partículas. Por conta disso, as experiências só podem observar tal partícula pela medida dos seus produtos.

No Modelo Padrão, a teoria da física que descreve com extrema precisão a matéria, estima-se que o bóson de Higgs decaia em diferentes combinações de partículas, ou canais, sendo a distribuição entre tais canais dependente de sua massa.
Em 1967, o mecanismo teórico estipulado por Higgs foi incorporado pelo físico norte-americano Steven Weinberg em uma teoria para explicar as partículas elementares do Universo, denominada Modelo Padrão. Segundo o modelo, o Universo foi resfriado após o Big Bang, quando uma força invisível, conhecida como campo de Higgs, formou-se junto de partículas associadas, os bósons de Higgs, transferindo massa para outras partículas fundamentais.

Desde o lançamento da teoria, os cientistas vêm buscando descobrir a partícula, cujos sinais da presença dela são extraídos de uma grande quantidade de dados similares e a partir da produção de um grande número de eventos para se certificar da descoberta.
“É como tentar encontrar, literalmente, uma agulha no palheiro. É extremamente complexo extrair o sinal da existência da partícula”, disse Novaes. Segundo ele, a busca pela partícula só é possível de ser realizada graças ao desenvolvimento de novas tecnologias em diversas instituições de pesquisa em todo mundo.
“Dentro das incertezas estatísticas e sistemáticas, os novos resultados obtidos para os diferentes canais de pesquisa explorados são consistentes com as características do bóson de Higgs do Modelo Padrão. No entanto, para obter a confirmação de que a nova partícula tem todas as propriedades previstas para o bóson de Higgs ou de modo a se estabelecer se alguma(s) das propriedades difere(m) do esperado, apontando para nova física para lá do modelo padrão, será necessário tomar mais dados”, destaca comunicado do experimento CMS.
“Os novos dados de 2012 e os dados gerados pelo acelerador melhorado permitirão aos cientistas investigar as questões sobre o Higgs levantadas pelo anúncio de hoje (04/07), bem como outras questões fundamentais para o avanço do conhecimento sobre a natureza”, disse comunicado do experimento Atlas.
Para se encontrar as partículas elementares, dois prótons, elementos formadores dos núcleos dos átomos junto aos nêutrons, são acelerados com um alto nível de energia e se chocam. Nessa colisão, podem ser formadas partículas pesadas (com alto nível de energia). Esse conjunto de elementos formados constitui um evento.
A nova partícula encontrada está localizada em eventos com massa de cerca de 125 GeV (ou 126 GeV). Massas inferiores já haviam sido excluídas por outros experimentos do Cern no mesmo nível de confiança. O LHC continua a fornecer novos dados a uma alta velocidade. Até o final de 2012, o CMS espera mais do que triplicar a quantidade de dados acumulados até hoje. “Esses dados permitirão ao CMS elucidar a natureza desta partícula recém-observada”, disse Novaes.
Impactos da descoberta
De acordo com Sergio Morais Lietti, pesquisador do Sprace, a descoberta da partícula foi possível em função do acúmulo de dados gerados e ao aumento da carga de energia do LHC nos últimos anos.
Entre 2010 e 2011, o acelerador de partículas operou com uma energia de centro de massa entre prótons da ordem de 7 TeV (trilhões de elétrons-volt). Já no período de 2011 a 2012, a energia do LHC foi aumentada para 8 TeV, o que possibilitou aumentar as chances de se produzir o bóson de Higgs.
“Quanto mais energia há no centro de massa entre os prótons no acelerador, maiores também são as chances de se produzir bóson de Higgs”, disse Lietti à Agência FAPESP. Segundo ele, a eventual confirmação da nova partícula como bóson de Higgs não representará o fim dos estudos sobre a física de partículas, mas sim um começo de trabalhos de pesquisa na área.
Se for confirmado que a partícula é o bóson de Higgs, destaca Lietti, será preciso estudá-la com grande precisão e estatística para aprimorar o Modelo Padrão.

Apesar de ser considerada extremamente bem-sucedida por prever uma série de fenômenos físicos que foram observados experimentalmente, além de outros que até então não tinham sido observados, a teoria, proposta na década de 1960, ainda apresenta lacunas. Uma delas é não se preocupar em descrever a força gravitacional, que é muito mais fraca do que as outras duas forças fundamentais (a forte e a fraca).
Se for descartada a hipótese de que a partícula é o bóson de Higgs, será preciso rever o Modelo Padrão. “Se a partícula for completamente diferente do bóson de Higgs, melhor ainda. Significará que o Modelo Padrão precisa sofrer ajustes”, avaliou Lietti.

A teoria vem sendo testada desde que foi postulada em diversos aceleradores de partículas que foram construídos nas últimas décadas, como o LHC do Cern, que foi projetado ao custo de US$ 10 bilhões para aumentar as chances de descoberta do bóson de Higgs.
Em 1983, foram descobertas no acelerador SPS do Cern os bósons Z e W, previstos pelo Modelo Padrão. E, em 1989, foi criado na instituição de pesquisa o Grande Colisor de Elétrons e Pósitrons (LEP), com o objetivo de produzir diversos bósons Z para possibilitar estudar as características da partícula com precisão, para aprimorar a teoria.

Em 1967, foi construído o acelerador de partículas Tevatron no Fermilab, nos Estados Unidos, que é maior do mundo depois do LHC. Nele, foi descoberto na década de 1990 o quark top – outra partícula elementar prevista pelo Modelo Padrão, que representou a última grande descoberta na área de física das partículas.
O bóson de Higgs representa a última peça para completar o “quebra-cabeça” do espectro de partículas descritas pelo Modelo Padrão e que poderá ser completado com a descoberta da nova partícula. “A descoberta anunciada agora pode ser a mais importante da física de partículas nos últimos 40 anos”, disse Lietti.

Éramos nove

O pequeno e gélido Plutão é rebaixado de status e o sistema solar volta a ter oito planetas

Marcos Pivetta

Edição Impressa 127 - Setembro 2006 

A nova-velha configuração do sistema solar, com apenas oito membros.

Foi a correção pública de um erro histórico, que há mais de sete décadas  incomodava a maioria dos astrofísicos. Plutão perdeu o status de planeta e nosso sistema voltou a ter apenas oito membros, de acordo com uma resolução aprovada em 24 de agosto passado, depois de acaloradas discussões, inclusive de ordem semântica, pela 26a assembléia geral da União Astronômica Internacional, reunida em Praga. “Não havia mais argumentos científicos para defender a manutenção de Plutão como planeta”, afirma o astrofísico Enos Picazzio, da Universidade de São Paulo (USP). Gelado e distante, o diminuto Plutão sempre foi um estranho na família solar e nunca deveria ter sido alçado à condição de planeta. Não era da linhagem dos chamados planetas terrestres (Mercúrio, Vênus, Terra, Marte), tampouco da estirpe dos mundos gigantes gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno). E ainda tinha uma órbita muito diferente da exibida pelos outros planetas. O mal-estar agora acabou – e livros escolares e enciclopédias terão de reescrever seu capítulo sobre o sistema solar.

O encontro na capital tcheca, que reuniu cerca de 2.500 astrônomos de 75 países, alterou o conceito de planeta e criou duas novas categorias para astros do sistema solar: a dos “planetas anões”, onde, por ora,  se acomodaram o rebaixado Plutão, o asteróide Ceres e Xena (apelido do objeto gelado e longínquo 2003 UB313, que até recentemente figurava como forte candidato a décimo planeta solar); e a dos “pequenos corpos do sistema solar”, que engloba todos os demais objetos,  com exceção dos satélites. Pelos novos parâmetros, um corpo celeste tem de preencher três condições para merecer o título de planeta: estar em órbita ao redor do Sol, apresentar equilíbrio hidroestático (em bom português, ter forma praticamente esférica) e possuir dimensão suficiente para dominar sua órbita, tendo varrido de seu caminho objetos menores. Apenas oito corpos satisfazem essa trinca de requisitos. Plutão foi barrado pelo terceiro item, visto que sua trajetória cruza com a do gigante Netuno. Por isso, é um planeta anão.
Com exceção de algumas vozes dissonantes, em especial de pesquisadores norte-americanos que alegavam razões mais históricas que científicas para se conservar o antigo status de Plutão, a decisão da União Astronômica Internacional (UAI) de reclassificar esse pequeno objeto gelado foi bem recebida. Até porque a proposta anterior, derrotada e reformada pelos participantes da assembléia, ameaçava banalizar o termo planeta e abria a porteira para que dezenas de astros galgassem essa condição. Se aprovada, provocaria, enfim, um caos nos livros didáticos. A nova resolução acertou ao reduzir a classificação de Plutão no sistema solar, mas não é perfeita. Para alguns astrofísicos, a definição de planeta aprovada no encontro de Praga é falha ao não fazer referências claras a quais parâmetros físicos (massa, elementos químicos etc.) caracterizam esse tipo de corpo celeste.

Mais polêmicas ainda seriam as recém-criadas categorias de astros, a dos “planetas anões”, que parece ser um prêmio de consolação para os fãs de Plutão, e a dos “pequenos corpos do sistema solar”, expressão guarda-chuva. “A definição do que é um planeta anão vai dar muito pano para a manga”, comenta Picazzio. O astrofísico Sylvio Ferraz Mello, também do IAG/USP, num artigo publicado no site de seu instituto logo após a reclassificação de Plutão, resumiu bem o espírito com que as decisões vindas de Praga devem ser encaradas. “A adoção de uma definição não significa que a discussão acabou! A União Astronômica Internacional não tem poder legal para impor uma definição”, escreveu Mello. “Mas é de todo conveniente acatar a orientação (...) aprovada pela UAI para que um padrão comum seja adotado pelos livros didáticos e transmitido aos mais jovens.”